UNIVERSIDADE F E D E R A L DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
DOUTORADO E M ENGENHARIA DE PROCESSOS
SECADOR PARA CASULOS DO
BICHO-DA-SEDA:
D E S E N V O L V I M E N T O , SIMULAÇÃO E
EXPERIMENTAÇÃO
Autor: Pedro Ronaldo Herculano de Holanda Orientador: Antonio Gilson Barbosa de Lima
Campina Grande, março de 2007 PB - Brasil
UNIVERSIDADE F E D E R A L D E CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
DOUTORADO E M ENGENHARIA DE PROCESSOS
S E C A D O R PARA CASULOS DO
BICHO-DA-SEDA:
D E S E N V O L V I M E N T O , SIMULAÇÃO E
EXPERIMENTAÇÃO
Autor: Pedro Ronaldo Herculano de Holanda Orientador: Antonio Gilson Barbosa de Lima
Curso: Doutorado em Engenharia de Processos
Área de Concentração: Desenvolvimento de Processos
Tese apresentada ao Programa de Doutorado em Engenharia de Processos, como requisito para a obtenção do título de Doutor em Engenharia de Processos.
Campina Grande, março de 2007 PB - Brasil
DIGITALIZAÇÃO:
SISTEMOTECA-UFCG
F I C H A C A T A L O G R Á F I C A E L A B O R A D A P E L A B I B L I O T E C A C E N T R A L DA U F C G
H722s
2007 Holanda, Pedro Ronaldo Herculano de.
Secador para casulos do bicho-da-seda: desenvolvimento, simulação e experimentação / Pedro Ronaldo Herculano de Holanda. — Campina Grande: 2007.
161f. : i l .
Tese (Doutorado em Engenharia de processos) - Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Ciências e Tecnologia.
Referências.
Orientador: Antonio Gilson Barbosa de Lima.
1. Bicho-da-Seda. 2. Secagem. 3. Secador. 4. Casulo. 5. Experimentação 6. Simulação. I. Título.
CDU 638.2:66.047
MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DA TESE DE DOUTORADO DE
PEDRO RONALDO HERCULANO DE HOLANDA APRESENTADA AO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PROCESSOS
DO CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DE CAMPINA GRANDE.
Tese de Doutorado Aprovada com distinção em 26 de M a r ç o de 2007.
Prof. DrT^rtmtwKin^õTf Barbosa de L i m a O R I E N T A D O R - U F C G / C C T / Ü A E M
Profa. D r a . M a r i a de F á t i m a DanVas de Medeiros E X A M I N A D O R A E X T E R N A - U F R N / D E Q
Prof. D r . J o s é Carlos Charamba Dutra E X A M I N A D O R E X T E R N O - U F P E / D E M E C
Prof. D r . Francisco de Assis de Brito E X A M I N A D O R E X T E R N O - U F C G / U A F
tardo Rangel Moreira Cavs
Prof. D r . M á r i o Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata E X A M I N A D O R I N T E R N O - U F C G / U A E A g
Campina Grande, M a r ç o de 2007. PB, Brasil
Este exemplar corresponde à versão final da Tese de Doutorado em Engenharia de Processos, defendida por Pedro Ronaldo Herculano de Holanda e aprovada pela banca examinadora em 26 de m a r ç o de 20£
Prof.Dr. Antoniq GilsorTBaTbosa d e X i m a (Orientador) U F C G / C C T / U A E M
DEDICATÓRIA
À minha esposa, Cléa Brasileiro de Holanda e às minhas filhas, Luciana Brasileiro de Holanda e Viviane Brasileiro de Holanda.
A G R A D E C I M E N T O S
Agradeço primeiramente ao meu orientador Prof. Dr. Antonio Gilson Barbosa de Lima, pelo empenho, orientação e incentivo, sem os quais não teria sido possível a conclusão desse trabalho.
À Coordenadora do curso de Doutorado em Engenharia de Processos, Prof. Dr". Odélsia Leonor S. de Alsina, por sua atenção e incentivo.
Ao Prof. Msc. Yoge Jerônimo Ramos da Costa, pelo incentivo, dedicação e ajuda nos instantes finais da conclusão desse trabalho.
Ao Prof. Dr. Mário Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata, pelo bom atendimento à mim dispensado nos momentos de dúvidas.
Ao Prof. Msc. João Baptista da Costa Agra de Melo, pela ajuda na compactação dos meus horários didáticos no período de sua coordenação.
Ao Prof. Msc. Erinaldo Clemente dos Santos, por sua atenção e incentivo no seu período de chefia do D E M .
"Escolha um trabalho que tu ames, e não terás que trabalhar um único dia em tua vida."
SUMÁRIO
1. Introdução 1
2. Revisão da literatura 3
2.1 A sericicultura 3
2.2 Aspectos mercadológico de seda e fio de seda 4
2.2.1 N o mundo 4
2.2.2 No Brasil 5
2.3 Casulos do bicho-da-seda: aspectos científicos e tecnológicos 12
2.3.1 Aspectos científicos 12
2.3.2 Aspectos tecnológicos da secagem de casulos do bicho-da-seda 20
2.3.2.1 Processo de secagem 20
2.3.2.2 A secagem de casulos 21
2.4 Modelos matemáticos de secagem 28
2.4.1 Camada fina 28
2.4.1.1 Modelos empíricos e semi-empiricos 29
2.4.1.2 Modelos difusivos 31
2.4.2 Camada espessa 32
2.4.2.1 Modelo da Universidade Estadual de Michigan 32
3 Metodologia 48
3.1 Modelagem matemática 48
3.1.2 Solução numérica 54
3.2 Procedimento experimental 57
3.2.1 Aspectos construtivos e funcionamento do secador 57
3.2.1.1 Projeto e construção do secador 57
3.2.2 Procedimento experimental 90
3.2.3 Principio de funcionamento, controle e segurança do secador 99
4 Resultados e discussões 101
4.1 Validação 101
4.2 Resultados experimentais 106
4.2.1 Teste de desempenho do secador 106
4.2.1.1 Teste para escolha do aquecedor 106
4.2.1.2 Testes para determinação da vazão de ar 109
4.2.1.3 Testes para avaliação da performance do sistema de
aquecimento 113
4.2.2 Aspectos técnico e econômico do secador desenvolvido 117
4.2.2.1 Secagem uniforme 117
4.2.2.2 Baixa vibração durante o transporte de produtos 117
4.2.2.3 Custo inicial de investimento e de manutenção 118
4.2.2.4 Espaço físico 118
4.2.2.5 Manutenção, operação e transporte 119
4.2.2.6 Isolação Térmica 119
5 Conclusões e Sugestões 120
5.2 Sugestões para trabalhos futuros 122
Referências bibliográficas 123
R E S U M O
H O L A N D A , Pedro Ronaldo Herculano de, Secador para Casulos do Bicho-da-Seda:
Desnvolvimento,Simulação e Experimentação. Campina Grande: Doutorado em Engenharia de
Processos, Universidade Federal de Campina Grande, 2007. 161 p. Tese (Doutorado).
A cultura do bicho-da-seda (Sericicultura), é uma atividade em fase de desenvolvimento no mundo inteiro, gerando emprego, renda agrícola e intercâmbio comercial. O casulo produzido pelo bicho-da-seda é constituído de casca, crisálida e espólio, sendo a casca constituída basicamente por sericina e fibroina. Devido ao alto teor de umidade (68 a 70%, em base úmida) e o curto ciclo de vida da crisálida (4 a 5 dias depois da colheita), é necessário que o casulo seja submetido ao processo de secagem, com a finalidade de ser armazenado com baixo teor de umidade (10 a 12% b.s), para posteriormente ser utilizado na Indústria de fiação, onde é transformado em produtos de alto valor comercial. Nesse sentido, esse trabalho tem como objetivo o projeto, a construção e a experimentação de um secador (tipo esteira com fluxos cruzados) e simulação da secagem de casulos do bicho-da-seda. São referenciados aspectos construtivos, funcionamento do secador e uma modelagem matemática para descrever as trocas de energia e massa entre o produto e o ar de secagem no interior do secador. As equações matemáticas foram resolvidas numericamente usando o método de volumes finitos. Resultados do desempenho de componentes do secador experimental e da secagem do casulo (simulada) são discutidos e analisados. Verificou-se que o teor de água do produto, no processo de secagem depende fortemente da temperatura, levemente da espessura da camada de casulos e praticamente independe da velocidade do ar de secagem. O secador desenvolvido tem as seguintes vantagens: versatilidade, baixo custo de construção, totalmente desmontável, boa mobilidade e esteiras controladas eletronicamente.
A B S T R A C T
H O L A N D A , Pedro Ronaldo Herculano de, Dryer for Cocoons o f the Silkworm; Development, Simulation and Experimentation. Campina Grande: Doutorado em Engenharia de Processos, Universidade Federal de Campina Grande, 2007. 161 p. Tese (Doutorado).
The culture o f the silkworm (sériciculture) is an activity in development in all the world generating job, agricultural financial support and commercial exchange. Shell, chrysalis and booty constitute the cocoon produced by Bombix mori L . The shell is composed o f fibroin and sericin. The cocoon has high initial moisture content (68 - 70% w. b.) and a the chrysalis has a low life cycle ( 4 - 5 days after harvested). Then, it needs to be submitted to the drying process and to be stored at low moisture content (10 - 12% d. b.) and after it needs to be marketed to produce silk yarns, which are used on the manufacturing o f high cost products. In this sense, the goal o f this work is to design, to make and to test a cross flow band conveyon dryer and to simulate silk worm cocoon drying.
Building and working aspect o f the dryer and mathematical modeling to describe heat and mans transfer between air and product inside the dryer are reported. The mathematical equation are solved numerically using the finite volume method. Results o f the performance o f the experimental dryer and cocoon drying (simulated) are presented and analyzed. From the results it was verified that during o f the drying process, the moisture content o f the cocoon depends strongly o f the air temperature, slightly o f the cocoon layer thinkness and it is almost affected by air flow rate.
The following advantages o f the dryer can be cited versatility, low costoff the building, many easy to pieces, good mobility and electronic control o f the wire net.
L I S T A D E F I G U R A S
Figura 2.1 Produção mundial de casulos verdes no período 2000/02 5 Figura 2.2 Produção brasileira de casulos verdes por ano de safra 6 Figura 2.3 Produção brasileira de casulos verdes por empresa 7 Figura 2.4 Produção brasileira de casulos verdes por estado 7
Figura 2.5 Produção brasileira anual de fios de seda 8
Figura 2.6 Vendas de resíduos de seda 9 Figura 2.7 Quantidade de seda brasileira por continente importador no ano de 2004 10
Figura 2.8 Fios de seda torcidos e grégia exportados para os países dos continentes 11
Figura 2.9 Ciclo vital do bicho-da-seda 13 Figura 2.10 Mariposa saindo do casulo 13 Figura 2.11 Bicho da seda adulto 14 Figura 2.12 Bicho-da-seda fiando a) Iniciando a fiação, b) Casulo suportado pela
anafaia 14 Figura 2.13 Formas dos casulos do bicho-da-seda a) Cinturada;
b) Poteaguuda; c) Oval ou elipsoidal; d)Irregular 15 Figura 2.14 Casulos melhorados devido o cruzamento de raças. 15
Figura 2.15 Vista de um casulo secionado 17 Figura 2.16 Curva de absorção e dessorção da seda Tasar á 25°C 18
Figura 2.17 Volume elementar de uma camada de produtos 33 Figura 2.18 Esquema do volume de controle diferencial 40 Figura 2.19 Camada elementar de um leito granular 44 Figura 3.1 Representação esquemática do secador tipo esteira com fluxos cruzados 49
Figura 3.2 Esquema da camada de sólido em um secador tipo esteira com fluxos cruzados 49
Figura 3.3 Fração do volume de sólido na camada 49 Figura 3.4 Esquema numérico e o volume de controle utilizados 54
Figura 3.5 Malha com 20 pontos nodais 57 Figura 3.6 a) Disposição dos rodízios na base do secador b) Rodízio esquerdo frontal
na base 58 Figura 3.7 Viga " U " enrijecida 59
Figura 3.8 Sub-módulo construído com viga " U " enrijecida e detalhes de acoplamento 59
Figura 3.9 Elementos de fixação/apoio do chassi 60 Figura 3.10 a) Módulo inferior do secador, b) Interior da câmara central; vista do apoio
do chassi 61 Figura 3.11 Estrutura do secador com os três módulos sobrepostos 61
Figura 3.12 Vista superior do módulo do secador 61 Figura 3.13 Vistas do secador; a) lateral esquerda; b) lateral direita 61
Figura 3.14 Chassi móvel completo com todos os rolos 63 Figura 3.15 a) Cubo traseiro de bicicleta; b) Rolo trator 75mm com cubo inserido 64
Figura 3.16 Rolo intermediário 50mm, a) vista frontal; b) vista em ângulo 64 Figura 3.17 Cubo dianteiro de bicicleta semi-inserido no tubo de 50mm 65 Figura 3.18 Detalhe de sustentação no chassi do rolo de 50mm com cubo 65 Figura 3.19 Relação de tamanho entre o casulo, milho, feijão e lentilha 65 Figura 3.20 a)Esteira convencional; b) Convencional secional; c) Esteira balanceada 66
Figura 3.21 Peças que compõem o sistema de acionamento da esteira 68 Figura 3.22 Conjunto de acionamento, mola, catraca, circuito e solenóide 68
Figura 3.23 Circuito do acionador da esteira 69 Figura 3.24 Aspecto físico do Transistor de Efeito de Campo (FET) 69
Figura 3.25 Aquecedor de ar com resistências blindadas 70 Figura 3.26 Resistência blindada 1000W; Resistências tipo estufa 1000W e 600W 70
Figura 3.27 Aparato para teste a) Resistência blindada, b) Resistência estufa 71
Figura 3.28 a)Suporte das resistências, vista lateral, b) vista frontal 72
Figura 3.29 Resistência com regiões incandescentes 72 Figura 3.30 a) Conjunto de módulos montados; b) conjunto desmontado 73
Figura 3.31 Esquema elétrico dos aquecedores de ar 73 Figura 3.32 Resistências incandescentes com fio resistivo tendendo à brilhante 74
Figura 3.33 Aspecto físico do NE555 74 Figura 3.34 Simulação de carga e descarga de um capacitor 75
Figura 3.35 Esquema do C l . 555 em operação astável 75 Figura 3.36 a) Forma de onda da carga; b) Forma de onda da descarga 76
Figura 3.37 Controle de um semáforo 77 Figura 3.38 Resultado da saída no circuito da Figura 3.36 78
Figura 3.39 Formas de onda dos sinais de entrada e saídas 79
Figura 3.40 Circuito Integrado CD4017BCN 79 Figura 3.41 Plano de identificação dos diodos que direcionam os sinais de saida 80
Figura 3.42 a) Transistor bipolar b) Acoplador ótico 80 Figura 3.43 Aspecto físico do Triac de potência BT137600E 81
Figura 3.44 Desenho esquemático do circuito de controle desenvolvido pelo autor 82
Figura 3.45 Circuito de lâmpadas no segundo passo sequencial 83 Figura 3.46 Cicuito lógico de controle em placa experimental em funcionamento 83
Figura 3.47 Circuito lógico de controle em placa experimental 84
Figura 3.48 Painel de lã de vidro PSI-60 85 Figura 3.49 Ventilador helicoidal 86 Figura 3.50 Ventilador tubo axial 86 Figura 3.51 Ventilador radial 86 Figura 3.52 a) Ventilador e duto. b) Duto com resistências pronto para receber
o ventilador 89 Figura 3.53 a) Acoplamento do duto cilíndrico com o prismático, b) Duto prismático onde
pode-se ver as inclinações e as entradas de ar quente para a câmara de secagem 89
Figura 3.54 a) Vista superior do duto prismático, b) Vista anterior da curvatura final 89 Figura 3.55 a)Vista posterior da curvatura final, b) Vista geral do conjunto de insuflação
e aquecimento 90 Figura 3.56 Termopares no interior da câmara de secagem, entre as duas esreiras 90
Figura 3.57 Termopares vistos no exterior da câmara de secagem 91 Figura 3.58 Localizações esquemática dos termopares no interior da câmara (cotas em
Figura 3.59 Monitores de tensão da rede, termômetro/chave e monitor de tensão
do ventilador 92 Figura 3.60 Painel de controle 92 Figura 3.61 Tacómetro ótico digital 93 Figura 3.62 Instrumentos e pontos de medição do fluxo de ar na entrada do secador 94
Figura 3.63 Medição do fluxo de ar na I a saída da câmara 95
Figura 3.64 Valores de r„ Ar,, no ventilador 96 Figura 3.65 Representação da câmara de secagem com suas esntradas e saídas 97
Figura 3.66 Ordem de acionamento das resistências nos três casos 98 Figura 3.67 Cabinhos submetidos aos testes de temperatura 100 Figura 4.1 Comparação entre os valores numérico e experimental do teor
de água médio durante a secagem de casulos para H = 0,02m 102 Figura 4.2 Temperatura do ar dentro do leito durante o processo de secagem do casulo 103
Figura 4.3 Temperatura do casulo dentro do leito durante o processo de secagem 103 Figura 4.4 Umidade absoluta do ar dentro do leito ao longo do processo de secagem 104 Figura 4.5 Umidade relativa do ar dentro do leito ao longo do processo de secagem. 105 Figura 4.6 Pressão de vapor dentro do leito ao longo do processo de secagem. 105 Figura 4.7 Resistência paralela à direção do fluxo de ar sem incandescência 108 Figura 4.8 a) Novo modelo de suporte onde as resistências estão radialmente e paralela ao
fluxo, b) Suporte com as resistências no duto 108 Figura 4.9 Pontos de incandescência nos centros dos cones 109
Figura 4.10 Conjunto tubo-axial e duto 109 Figura 4.11 Avaliação da velocidade da massa de ar nas três saídas para n = 1257rpm 109
Figura 4.12 Avaliação da velocidade da massa de ar nas três saídas para n = 510rpm 110
Figura 4.13 Velocidade do ar na entrada do ventilador 111 Figura 4.14 Velocidade média do ar na saída do secador em função da rotação do ventilador 111
Figura 4.15 Rotação do ventilador quando o aquecedor está ligado ou desligado 112 Figura 4.16 Avaliação do desempenho do aquecedor com alimentação intermitente ao longo
do tempo 113 Figura 4.17 Curvas de ajuste do desempenho do aquecedor com alimentação intermitente ao
longo do tempo 114 Figura 4.18 Comparação do desempenho do aquecedor com alimentação intermitente e
constante 115 Figura 4.19 Comparação da energia aproveitada com alimentação intermitente e constante 116
Figura 4.20 Eficiência energética do aquecedor em função da velocidade média do ar na
entrada do ventilador 116
L I S T A D E T A B E L A S
Tabela 2.1 Composição média dos casulos verdes 16 Tabela 2.2 Composição média do fio de seda bruta 16 Tabela 2.3 Propriedades físicas das fibras naturais 19 Tabela 2.4 Parâmetros de secagem de casulos do bicho da seda 24
Tabela 3.1 Condições do ar e do casulo usados nesse trabalho e comprimento total
percorrido pelo casulo dentro do secador 57
Tabela 3.2 Relação de peças do secador 62 Tabela 3.3 Unidades usadas no temporizador 555 76
Tabela 3.4 Saída versus resistências 80 Tabela 3.5 Características técnicas dos ventiladores testados 88
Tabela 3.6 Características técnicas do ventilador comercial ARGE 88
Tabela 4.1 Experimento com convecção natural 107 Tabela 4.2 Experimento com convecção forçada 107 Tabela 4.3 Parâmetros da Equação de ajuste das curvas da Figura 4.17 114
N O M E N C L A T U R A
Letras latinas
A* Área específica [ m2/ m3 ]
c Calor específico [J/kgK]
Ca Calor específico do ar seco à pressão constante [J/kgK]
Cas Calor específico do ar seco [J/kgK]
Cp Calor específico do produto [J/kgK]
Cs Calor específico do vapor d'água à pressão constante. [J/kgK]
C\v Calor específico da água [J/kgK]
C Capacitância [F]
d M / d t , õ M / õ t Taxa de difusão [kg/kg/s]
D Coeficiente de difusão [m2/s]
D* Difusividade do ar [m2/s]
Dv a Coeficiente de difusão do vapor no ar [m2/s]
Dv Coeficiente de difusão do vapor [m2/s]
D\va Coeficiente de difusão de água no ar [m2/s]
fl> ?2, f4 Equação da camada fina apropriada [-]
f Freqüência [Hz]
Ga Fluxo de massa do ar [kg/m2s]
II Espessura da camada de produto [m]
hc Coeficiente de transferência de calor por convecção [ W / m2K ]
h *f g Calor latente de vaporização da água do produto [J/kg]
I Corrente elétrica [ A ]
k Condutividade térmica [ W / m2K ]
Condutividade térmica do ar W / m2K ]
Condutividade térmica efetiva do produto [ W / m2K ]
kP Coeficiente de condutividade térmica do produto [ W / m 2K ]
rh Fluxo de massa [kg/s]
M Teor de umidade médio [ k g ^ g ]
Me Teor de umidade de equilíbrio [kg/kg]
M o Teor de umidade inicial [kg/kg]
M * Razão de umidade média [kg/kg]
mp s Massa do produto seco [kg]
P Pressão [Pa]
Q Quantidade de calor [J]
R Raio do ventilador [m]
R Resistência [ohm]
S Área de troca de calor [ m2]
T Temperatura do ar [°C] t Tempo [s] UR Umidade relativa do ar [%] V Tensão elétrica [ V ] n Rotação do ventilador [rpm] ri Número de rodízio [-] w Velocidade média do ar [m/s] W Potencia elétrica [W] wa Velocidade do ar [m/s] up Velocidade do produto [m/s] X Razão de umidade do ar [kg/kg]
Xaf Razão de umidade do ar, final [kg/kg]
Xao Razão de umidade do ar , inicial [kg/kg]
Xsat Razão de umidade do ar saturado [kg/kg]
X f Razão de umidade final do ar [kg/kg]
Razão de umidade inicial do ar [kg/kg]
y Posição ao longo da camada de produto [m]
A Hd v Calor isostérico médio [J/kg]
Letras gregas
pp Densidade do produto [kg/m3]
Pa Densidade do ar [kg/m3]
0 Temperatura do produto [°C]
9 Temperatura média do produto [°C]
9f Temperatura final do produto [°C]
n Eficiência [%1
X Período de temporização [s]
E Porosidade do leito [decimal]
Superescrito * adimensional o anterior Subescrito a ar abs absoluta aq aquecedor c convecção e equilíbrio f final m massa o inicial p produto s seco sat saturado v vapor w água
C A P I T U L O 1
INTRODUÇÃO
O inseto bicho-da-seda pertencente à espécie Bombyx mori L , é explorado pelo homem h á milênios, sendo essa exploração conhecida como sericicultura. Essa atividade inicia-se com o acasalamento das mariposas, seguido dos ovos e c o n s e q ü e n t e m e n t e a evolução para larvas. Dos quatro estágios do bicho-da-seda, isto é: ovo, larva, crisálida e mariposa, para o sericicultor a criação se processa no estágio de larva, o mais importante, seguido da secagem que é realizada no terceiro estágio. Durante a criação, o bicho-da-seda alimenta-se exclusivamente de folhas da amoreira. Quando a larva atinge a fase de larva adulta, elas migram para os bosques, estruturas feitas de diversos materiais, tais como: bambu, papelão, plástico, entre outros. Nos bosques, as larvas c o m e ç a m a tecer os casulos que demora de quatro a cinco dias. Novamente, quatro ou cinco dias depois, a crisálida, j á mariposa, segrega u m muco do e s t ô m a g o com a finalidade de amolecer o casulo, r o m p ê - l o , sair do mesmo e em seguida voar, completando assim o seu ciclo de vida. Se o último ciclo for completado, o fio do casulo torna-se imprestável para fins têxteis. Com a finalidade de aproveitar o fio produzido pelo bicho-da-seda, o ú l t i m o ciclo deve ser interrompido por qualquer processo que venha quebrar a continuidade do ciclo de vida da crisálida. Normalmente é usada a secagem para esse fim. Devido à peculiaridade do casulo, dentre os diversos tipos de secadores existentes, dois se adequam para esse tipo de secagem, são eles: secador de leito fixo e secador de fluxos cruzados tipo esteira. Esse último é mais usado na área industrial, devido ao processo contínuo, característica desse secador de oferecer maior produtividade. (Fonseca e Fonseca, 1988).
Visando dar uma contribuição à área de secagem e secadores de casulos do bicho-da-seda, esse trabalho constitui uma análise do efeito produzido pelo processo de secagem sobre os casulos do bicho-da-seda, dando ênfase aos problemas causados pela temperatura, fluxo e umidade relativa do ar, espessura da camada de casulos, teor de umidade dos mesmos, na qualidade do fio de seda, no final do processo. Dentre os fatores energéticos citados o calor é o de maior importância, pois deve ser fornecido em u m nível certo para matar a crisálida e deixar os casulos em condição de armazenamento. O autor se p r o p õ e , em síntese, atingir os seguintes objetivos:
a) Construir u m secador de fluxos cruzados tipo esteira aplicado à secagem dos casulos do bicho-da-seda;
b) Avaliar o desempenho do secador com ênfase ao aquecimento e fluxo de ar e sua distribuição no interior do mesmo;
c) Propor uma modelagem m a t e m á t i c a para secagem de casulos do bicho-da-seda em um secador de fluxos cruzados tipo esteira com resolução por solução n u m é r i c a ;
d) Estudar teoricamente o efeito das condições do ar sobre a qualidade do produto durante o processo de secagem;
C A P Í T U L O 2
REVISÃO DA LITERATURA
2.1 A sericicultura
A China é considerada a Pátria da seda. H á 4000 anos lá se cria o bicho da seda para a obtenção do fio e confecção de produtos diversos. A seda é produzida principalmente pelas lagartas de certos tipos de mariposas. Distinguem-se os fios de seda produzidos pela lagarta que se alimenta da amoreira e os produzidos por lagartas que se alimentam de plantas silvestres. Esses tipos são as únicas matérias-primas têxteis que a natureza produz j á em forma de fio. Durante milênios a fabricação da seda foi u m segredo chinês. A sua revelação seria castigada com pena de morte. Era permitido exportar apenas artigos j á manufaturados. Chegavam ao Oriente M é d i o através de caravanas, passando pelo T u r q u e s t ã o Oriental, Pamir e Iran. Esse longo percurso, que durava vários anos, encarecia de tal forma o produto que era vendido ao peso de ouro. Pode-se ver que a seda só poderia e deveria ser usada por gente rica.
N o século V I conseguiu-se levar ovos da mariposa da amoreira para Bizâncio. De lá, a criação do bicho da seda e a manufaturação do fio espalharam-se pelos países que rodeavam o Mar Mediterrâneo. O Japão teve u m extraordinário desenvolvimento, destacando-se t a m b é m a Síria, seguido pela Arábia, Itália e Espanha.
Com a reativação comercial com a Pérsia, h á mais ou menos 2500 anos, e mais tarde com outros países, a exportação de seda grége ( c o m b i n a ç ã o de diversos fios babas retirados diretamente dos casulos, formando u m fio ú n i c o , sem torção) e dos tecidos de seda tomou grande importância.
A partir de 1598 a F r a n ç a teve u m grande impulso na atividade sericícola com apoio de Henrique I V . Decorridos 250 anos de atividade, a manufatura francesa entrou em declínio, devido a prática de p r e ç o s abusivos e a ânsia de produzir muito sem cuidar da saúde das larvas, o que acabou provocando d o enças que dizimaram os centros produtivos. N o Brasil, plantavam-se os primeiros p é s de amoreira. N ã o h á registros de fiações nesse p e r í o d o , devido a u m tratado assinado por D . Maria I com a Inglaterra, em 1703, estabelecia que Portugal e suas colônias importariam com exclusividade os tecidos ingleses.
N o século X I X , D . Pedro I iniciou a implantação da sericicultura no Brasil. Com o apoio de D . Pedro I I , a atividade sericícola f o i progressivamente a l c a n ç a n d o seu desenvolvimento, com a fundação da "Imperial Companhia Seropédica Fluminense", implantada no m u n i c í p i o de Itaguaí - RJ. Apesar das amplas instalações da indústria e do grande capital empregado, com o aval de D . Pedro I I , o empreendimento fracassou pouco tempo depois, mostrando assim a complexidade da arte de fiar a seda. (Hanada e Watanabe,
1986).
U m desenvolvimento significativo da atividade aconteceu por volta da Segunda Guerra Mundial, mas durou bem pouco tempo. N o final da guerra, o Brasil enfrentou uma crise sem precedentes, melhorando na d é c a d a de 50.(Fonseca e Fonseca, 1988) A partir daí, a sericicultura cresceu consideravelmente, e c o n s e q ü e n t e m e n t e a p r o d u ç ã o de fio e casulos verdes, colocando atualmente o país em quinto lugar na classificação dos maiores produtores de seda do mundo (Figura 2.1).
2.2 Aspectos m e r c a d o l ó g i c o de seda e fio de seda
2.2.1 No mundo
Nos países em que a sericicultura está em fase de desenvolvimento, a indústria sérica é considerada de grande interesse, elevando a taxa de emprego, garantindo renda agrícola compensadora e conseguindo intercâmbio comercial pela exportação de seus produtos.
PRODUÇÃO MUNDIAL DE CASULOS VERDES Anos 2000/02 700000 600000 500000 r 400000 < 300000 < [IJ 200000 z P 100000 o •i-m—m .i-r-i-i ro ç O o >ro tfí ' 3 cr cu N .O
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2.2.2 No Brasil
Atualmente a sericicultura atravessa uma grande baixa na p r o d u ç ã o , se comparada com as safras 93/94, concentrando suas atividades nos Estados de São Paulo, Paraná e Mato Grosso do Sul. A Figura 2.2 evidencia a p r o d u ç ã o brasileira de casulos verdes, no período de 1985 a 2005.
De início, no Brasil, a sericicultura caracterizou-se por uma quase total d e p e n d ê n c i a do mercado externo, atravessando fases de grande desenvolvimento, como t a m b é m de grande depressão. Essas variações foram produzidas basicamente pelas profundas variações de preços dos casulos produzidos, de tal forma que não havia nenhuma uniformidade na e x p a n s ã o da p r o d u ç ã o de seda. Novas áreas com amoreira foram plantadas e novas regiões produtoras de casulos foram se formando, principalmente nos Estados de São Paulo e Paraná.
Nos últimos anos a p r o d u ç ã o de seda vem experimentando variações negativas; mesmo assim, com a p r o d u ç ã o nacional em baixa, o Brasil passou a ocupar o terceiro lugar em exportação de fio de seda, tendo a B R A T A C como líder, considerada a maior indústria de fiação de seda do mundo. Atualmente a B R A T A C participa com 65% da produção nacional 5
de fio de seda e 1,90% da p r o d u ç ã o mundial. N a Figura 2.3 pode-se ver claramente a liderança citada.
PRODUÇÃO BRASILEIRA DE CASULOS VERDES 20000 18000 16000
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í LU i n t D N f l O O l O i - I N O t l f i l O N O O O ) o o o c o c o c o o c n o o o i c n o i o i o i o i o o O O O O O O O O O O O O C O O ) C O C O C O C O a ) a 5 C 7 ) 0 ) CO í- O n •} io o o o o o Ô ? (\i t i ^ o o o o o TOTAL 270.221 TONELADAS SAFRASFigura 2.2 - P r o d u ç ã o brasileira de casulos verdes por ano de safra.
Fonte: A B R A S S E D A (2005)
As empresas Bratac e Kanebo, tem suas p r o d u ç õ e s concentradas no estado do Paraná, enquanto que as demais concentram-se em vários estados brasileiros, com maior concentração nos Estados de São Paulo e Paraná. Nota-se um declínio de produção a partir do estado de Goiás, que teve sua p r o d u ç ã o extinta desde o ano de 1999. Os estados do Rio Grande do Sul e Espírito Santo contribuíram com uma fase experimental da safra 90/91 à safra 96/97. Daí em diante, n ã o houve mais p r o d u ç ã o .
O estado do Rio Grande do Norte através de uma unidade da Bratac, em Canguaretama - R N , produziu desde a safra 1984/85 até a safra de 94/95, sendo desativado totalmente a partir dessa safra. O estado de R o n d ô n i a contribuiu com 12 toneladas somente nas safras de 90/91,92/93 e 94/95, época do encerramento total da p r o d u ç ã o (Figura 2.4).
160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000
PRODUÇÃO BRASILEIRA DE CASULOS VERDES POR EMPRESA PERÍODO 1985/2005
147.589 PRODUÇÃO TOTAL = 270.221 t 58.917 28.299 15.130 15.361 1.192 O CO
i
CO o -Q CU c 5 CO E CO o o O CO CD -O o cu o -d CO CO •o cu COI
o o o EMPRESAS 119 3.614 CA CO c c CO W d CDFigura 2.3 - P r o d u ç ã o brasileira de casulos verdes por empresa.
Fonte: A B R A S S E D A (2005)
PRODUÇÃO DE CASULOS VERDES POR ESTADO 240000 220000 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 202633 55051 9096 1502 299 1276 111 110 131 12 PR SP MS SC MG GO ESTADOS RS ES RN RO
Figura 2.4 - P r o d u ç ã o brasileira de casulos verdes por estado. Fonte: A B R A S S E D A (2005)
A exportação brasileira de fio de seda aumentou substancialmente. Do total das exportações de fio de seda, cerca de 72% é dirigido a grandes produtores mundiais, como Japão, China, Cingapura e Coréia do Sul, segundo a C A C E X - B B , (Fonseca e Fonseca,
1988). A Figura 2.5 fornece informações relativas à situação real do País, no que diz respeito à p r o d u ç ã o , consumo interno e exportação de fio de seda no p e r í o d o 1984-2004.
PRODUÇÃO BRASILEIRA DE FIOS DE SEDA
o o o LU « l O C D N O C í O T - N n í l O t p S t D Ç Í O i - N n ^ l í ) c o < » r o o o o o c » C D C o c D O ) c o a ) 0 5 c y ) C o c o o o o o o o CO
Figura 2.5 - P r o d u ç ã o brasileira anual de fios de seda. Fonte: ABRASSEDA_( 2005 )
N a d é c a d a de 90, mais precisamente até o ano de 1993, houve u m aproveitamento moderado no mercado interno dos resíduos de seda superado pela exportação nesse mesmo período. A partir de 1993, houve u m substancial aumento do consumo interno, enquanto as exportações decresciam em grandes proporções. A partir de 2003 as exportações c o m e ç a r a m a superar o consumo interno, assim permanecendo até o ano de 2004. N o ano de 2005 houve uma queda em relação ao ano de 2004 tanto no mercado interno quanto no externo. N o total, as vendas de resíduos de seda caíram 4 0 , 5 1 % em relação as vendas realizadas em 1990 (Figura 2.6).
VENDA DE RESÍDUOS DE SEDA
Figura 2.6 - Vendas de resíduos de seda. Fonte: ABRASSEDA (2005)
Na Figura 2.7 pode-se observar que a seda brasileira é exportada para os continentes
asiático, europeu, americano e africano. Na Figura 2.8 consta os países componentes desses
continentes. Vale salientar que a Tunísia, único representante do continente africano, iniciou
a atividade de consumo de produtos oriundos do bicho-da-seda proveniente do Brasil, no ano
de 2003, ocupando o 10° lugar. Curiosamente a China iniciou a importação em 2004
ocupando o 11° lugar.
Diante da conjuntura do mercado internacional, o Brasil tem plena possibilidade de
incrementar significativamente sua produção. As comunidades asiáticas e européias
dificilmente terão condições de fazer o mesmo. Isto pelas condições de clima e solo, pois
enquanto nos países asiáticos e europeus são obtidas, no máximo, três criadas (crias) de
lagartas por ano, aqui no nosso país há condições de se obter, no mínimo, seis a sete criadas
(crias). As vantagens comparativas do Brasil em relação aos outros países, além do teor
líquido de seda em cada casulo, superior ao encontrado nos demais países, podem ainda ser
observadas pela qualidade dos fios brasileiros em termos de parâmetros de grande
importância, como: a fiabilidade (grau de desenrolamento do casulo, ou melhor, a facilidade
com que o fio de seda desenrola do casulo), cor, brilho e maciez da seda.
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cuo
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Z3o
1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000FIOS DE SEDA (GRÉGIA E TORCIDOS) DESTINO POR CONTINENTE 85,38% 1.155.678 13,30% 180.059 1,14% 15.383 0,18% ÁFRICA ÁSIA EUROPA AMÉRICA
Figura 2.7 - Quantidade de seda brasileira por continente importador no ano de 2004.
Fonte: ABRASSEDA (2005)
Vários países estão relacionados com a tecnologia adotada para obtenção do fio de
seda nas condições ideais para exportação e consumo interno. Do exposto, verifica-se que a
atividade sericícola é de grande importância para o desenvolvimento regional e do país. Esta
relevância está ligada, principalmente, ao fato de ser o fio-de-seda, produto de exportação e,
portanto, gerador de divisas, por utilizar mão-de-obra intensiva, fixando o homem no campo
e, principalmente, por estar ligada à produção agro-industrial, contribuindo dessa maneira
para a geração de empregos rurais e urbanos, além de impulsionar o comércio local e de
regiões circunvizinhas.
EXPORTAÇÃO DE FIOS DE SEDA (Grégia e Torcidos) D ) O >< O D O O cd Cl 1000000 900000 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0
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O ) 'CD CQ I—I ANO_2002 • ANO_2003 I—I ANO_2004 PAÍSESFigura 2.8 - Fios de seda torcidos e grégia exportados para os países dos continentes.
Fonte: ABRASSEDA (2005)
Segundo Hanada e Watanabe (1986), o potencial industrial de uso para a casca do
casulo pode ser dividido em dois grupos. O grupo I compreende aqueles usos nos quais a
casca é empregada para a obtenção do fio de seda, que por sua vez serve de matéria prima
para a fabricação de produtos tais como: camiseta, vestido, paletó, pintura em seda, lenços de
seda, etc. O grupo I I compreende aqueles usos nos quais se aproveita o envoltório inicial do
casulo, a anafaia, para produção de bens de consumo tais como; barbante, estofamento,
travesseiros, colete a prova de bala entre outros. Em adição, a crisálida tem quase o teor
nutritivo da carne bovina e pode ser utilizada como proteínas, adubo, ração, bem como na
fabricação de óleo,seus derivados e alimento humano.
Segundo Uchino (2001), o Japão, Coréia e China desenvolveram pesquisas sobre o uso
medicinal da seda; com isso, abre-se grande expectativa para o uso como matéria prima para
produtos que não sejam só para confecções de vestuário. Recentemente descobriram-se
propriedades antes desconhecidas, inclusive medicinais, assim como novos produtos à base de
proteína da seda, a saber: pó do fio da seda aplicado em cosméticos, produtos alimentícios,
tais como: biscoitos, balas, bebidas, entre outros. As lagartas desidratadas e moídas, tem
produzido compostos macrobióticos, e os casulos moídos produzido chás. Esses dois produtos
tem comprovadas propriedades no controle do diabetes, sendo já comercializados.
Com o avanço das pesquisas, o século 21 abrirá uma nova etapa na utilização dos
produtos do bicho-da-seda que não sejam aqueles usados desde a antiguidade, melhor
aproveitando o potencial dos seus recursos naturais até então desconhecidos.
2.3 Casulos do bicho-da-seda: aspectos científicos e tecnológicos
2.3.1 Aspectos científicos
"Espécies e ciclo vital do bicho-da-seda
No mundo são conhecidos oito espécies de bicho-da-seda, criados com a finalidade de
produzir fios de seda. Atualmente, são produzidos quatro espécies de sedas natural
proveniente de insetos: a seda produzida pelo Bombyx mori L., inseto que se alimenta da folha
da amoreira, que é a mais importante e contribui com 95% do total da produção mundial; e as
produzidas pelas Mouga, Eri e Tasar, responsáveis pelos 5% restantes. A Mouga, a Eri e a
Tasar são considerados bichos-da-seda selvagens e alimentam-se de diversas outras espécies
de plantas, tais como carvalho e mamoneira.
O bicho-da-seda, durante sua vida, passa por quatro estágios: ovo, larva, pupa (crisálida)
e imago (mariposa). A larva nascida de um ovo, com menos de 0,5 mg de peso,
alimentando-se com folhas da amoreira, dentro de mais ou menos quatro alimentando-semanas cresce mais de 10 mil
vezes em relação ao seu peso inicial, (Fonseca e Fonseca, 1988 ). Durante esse período o
bicho-da-seda normal exúvia (troca de pele) quatro vezes; ao final começa então a fiar a seda
pelo orifício de sua fiandeira a uma razão de 10 a 15 cm/min (Olney, 1947); tece o casulo
(invólucro de seda, em que se abriga a larva, para no seu interior se proteger dos agentes
externos), encerrando-se nele. O comprimento dos fios de seda nos casulos varia normalmente
de 800 a 1500 metros, com espessura de 0,002 mm, (Hanada e Watanabe, 1986), em
discordância com alguns autores que chegam a afirmar que seu comprimento pode alcançar
até 4 OOOrn e nunca apresenta espessura uniforme (Erhardt et al., 1976). A larva dentro do
casulo, através da metamorfose, transforma-se em pupa (ninfa ou crisálida) e essa em
12
mariposa, que com auxílio de um suco alcalino secretado do estômago, umedece a casca do
casulo, amolecendo-a, facilitando assim o rompimento para sua saída (Ver Figuras 2.9 e
2.10). Na Figura 2.11 pode-se observar o bicho da seda na 2
afase, isto é, a lagarta.
15°dia 20°dia 22°dia
23°dia 25°dia 30°dia
Figura 2.9 - Ciclo vital do bicho da seda. Fonte: www.addizione.org/po/prom.php (2007)
Figura 2.11- Bicho da seda adulto. Fonte: Informativo BRATAC (2003).
"Características físicas e químicas do casulo e fio de seda
O casulo verde produzido pelo bicho-da-seda, é composto de três partes: a casca a pupa
(crisálida) e a exúvia (despojos). A primeira é tecida pela larva, cruzando os filamentos de
seda uns sobre os outros, em forma de S ou 8, formando os vários estágios do casulo (Figuras
2.12 a-b). A massa do casulo varia de 1,5 a 2,5 g (Fonseca e Fonseca, 1988). Esse valor está
em concordância com Lima (1995), que encontrou em sua pesquisa, uma massa de l,52g para
casulos verdes, depois de retirada a anafaia.
Figura 2.12 - Bicho-da-seda fiando, a) Iniciando a fiação, b) Casulo suportado pela anafaia.
Fonte: Revista Globo Rural (1996)
A temperatura, a umidade e a ventilação, bem como o poder nutritivo da amoreira, antes
e durante a formação do casulo, influem diretamente tanto no tempo de duração do
encasulamento bem como na qualidade dos casulos e no desenrolamento de fios no processo
de fiação (Hanada e Watanabe, 1986).
Conforme a raça do bicho-da-seda (Chinesa, Japonesa ou Indiana), a cor e o tipo ou
conformação do casulo podem ser diferentes. A cor dos casulos pode ter diversas tonalidades
das seguintes cores: branco, amarelo (cor de ouro) ou esverdeada. No que diz respeito à forma
geométrica, pode ser esférica, oval ou elipsoidal, cinturada, e ocasionalmente, pode também
ser pontiaguda ou fusiforme (Figura 2.13). No caso do Brasil, há uma predominância pela
forma elipsoidal com dimensões bastante expressivas, se comparada com às dos grãos de
cereais. Na Figura 2.14 pode ser observado um breve resumo de um trabalho de
melhoramento de raças desenvolvido na Fiação BRATAC.
I I I I I I I I I • •
(a) (b)
• t ê • • • I I I • I
(c) (d)
Figura 2.13 - Formas dos casulos do bicho-da-seda. a) Cinturada; b) Pontiaguda;
c) Oval ou elipsoidal; d)-Irregular. Fonte: Informativo Técnico BRATAC.
Figura 2.14 - Casulos melhorados devido o cruzamento de raças.
Fonte: Informativo Técnico BRATAC.
A composição média dos casulos verdes ou frescos é dada pela Tabela 2.1 (Bianchi,
1945). Como percebe-se pela análise da Tabela 2.1, existe no casulo uma grande quantidade
de água, sendo que a maior parte dessa água se encontra na crisálida. A composição média do
filamento é dada pela Tabela 2.2 (Fonseca e Fonseca, 1988). Percebe-se que além da
existência da fibroína, parte interna do filamento, e da sericina, que circunda a fibroína, há
também presente na seda bruta cerca de 2% de cera, e cerca de 1 % de material mineral. A
sericina tem aparência de uma cola (goma-arábica) e envolve a fibroína do fio-baba de cada
casulo, solidificando-se depois de expelida pela larva, quando exposto ao ar por algumas
horas (Coutinho Filho, 1973). A quantidade total de sericina presente na seda bruta é variável,
dependendo do tipo de seda e da região ou país de sua origem. Ela é o material que produz na
fibra a sensação de rigidez e aspereza, e é totalmente solúvel em água quente. A fibroína é a
substância proteica que constitui tudo quanto resta da seda bruta depois de completamente
purgada, isto é, depois da retirada total da sericina (Bianchi, 1945).
Tabela 2.1- Composição média dos casulos verdes
COMPONENTE % EM MASSA
Agua 68,20 %
Sedagrége
114,30%
Materiais gomosos solúveis em água 0,70 %
Crisálida 16,80 %
Tabela 2.2 - Composição média do fio de seda bruta
COMPONENTE PERCENTUAL
Fibroína 72 ~ 80 %
Sericina 19 ~ 27%
Gordura e cera 0,5 ~ 1,0 %
Carboidrato 1,0 ~ 1,5 %
Materiais corantes e inorgânicos 1,0 ~ 1,5%
A seda grégia (grége), é a seda obtida pela combinação de 3 a 12 fios tirados diretamente dos casulos e formando um único fio sem torção.
Na época de colheita, o casulo possui massa com a seguinte composição média: casca
(17,0 a 24,4%), crisálida (75,0 a 82,3%) e exúvia (0,6 a 0,7%) (Fonseca e Fonseca, 1988);
dos quais 68,2% é água; 14,3% é de seda grege, 16,8% é crisálida e 0,7% são materiais
gomosos solúveis em água (Bianchi, 1945). A casca do casulo, depois de retirada a anafaia, é
constituída unicamente do fio de seda, que por sua vez é composto basicamente de sericina
(20 à 30%) e fibroina (70 à 80%) (Hanada e Watanabe, 1986)( Ver Figura 2.15).
A seda é parte integrante da categoria de produtos higroscópicos. Hess (1941), Bianchi
(1945) e Mauersberger (1947), afirmaram que a seda é muito higroscópica, e sob
circunstâncias favoráveis, absorverá até 30% de seu peso, em água, e contudo parece ser seca.
Essa umidade é adsorvida na superfície interna da fibra. Esses produtos tem a propriedade de
realizar trocas de água, sob a forma de vapor, com o ar ambiente que os envolve, por absorção
(adsorção) ou dessorção
2, considerando-se as características hídricas dos produtos e do ar que
o circunda.
Todas as fibras têxteis quando expostas à atmosfera úmida, de UR (umidade relativa)
variando de 0 a 100%, a uma certa temperatura, absorve vapor de água até atingir seu
equilíbrio. Essas condições quando plotadas em um gráfico, representam a curva de adsorção,
semelhante a curva A da Figura 2.16.
Por outro lado, se a fibra for seca quando exposta as condições atmosféricas do ar, a
curva obtida assemelha-se a curva B da Figura 2.16. O percentual Regain é o percentual de
água que o material possui em relação ao seu peso seco. Essas curvas são de grande
importância técnica, uma vez que a água absorvida ou perdida pela fibra têxtil, modifica suas
propriedades físicas, tais como: peso, espessura, fiabilidade, alongamento
3, etc.
O equilíbrio higroscópico dos materiais biológicos, a uma certa umidade relativa e
temperatura, é mais elevado durante a dessorção do que durante a sorção, e essa diferença está
em torno de 1% de teor de água, em base seca (Kososki, 1977). No caso de grãos, Chung e
Pfost, citados por Brooker et al. (1974), afirmam que esse efeito de histerese pode ser devido
ao encolhimento do grão durante a dessorção, reduzindo assim, a disponibilidade de água de
ligação na sua superfície.
Umidade relativa %
Figura 2.16- Curva de absorção e dessorção da seda Tasar à 25 °C.
Fonte: Garner (1949).
3 O alongamento representa a ductilidade e não deve ser confundido com o alongamento elástico, que representa
Segundo Hess (1941), Bianchi (1945) e Olney (1947), a seda pode ser aquecida até a
temperatura de 140 °C, sem perigo de decomposição, contudo, ela é rapidamente desintegrada
a temperaturas superiores a 165 °C, dando como produtos, gases, sólidos e líquidos,
semelhantes aos obtidos pela destilação seca das outras substâncias proteicas.
A seda é um mau condutor de calor, possuindo uma condutividade térmica de 0,040
W/m.K, segundo Weast, citado por Hall (1980), e quando submetida a temperatura elevada
por tempo prolongado, perde em resistência à ruptura e elasticidade. A seda, bruta ou livre da
cola (sericina) é a mais resistente das fibras naturais (Corbman, 1975).
Segundo Woolman e Mcgowan (1943), a resistência à tração da seda bruta é
aproximadamente 441,27 kPa.
O teor de água na fibra têxtil tem uma grande influência na sua deformação, resistência
e espessura (Garner, 1949). Tratando-se da seda, essa conserva cerca de 80 a 90% de sua
resistência a seco, quando umedecida (Erhardt et al., 1976). Hollen et al. (1979a), publicaram
em seu trabalho, uma série de quadros de propriedades físicas das fibras naturais e sintéticas,
que foram aqui reagrupados em parte e resumidos, apenas para as fibras naturais (Tabela 2.3).
Os números são médios ou medianos, mas podem ser tomados como referência.
Tabela 2.3 - Propriedades físicas das fibras naturais
PROPRIEDADE
FIBRA NATURAL
Algodão
Seda
Lã
Resistência à abrasão
decresce —>
Absorção (umidade "Regain")*
í 1 _ H £.
7 - 1 1
11
13 ~ 18
Densidade (g/cm )
1,52
1,25
1,32
Recuperação elástica (% de recuperação
75
92
99
para 2 a 5% de extensão).
Alongamento (% de alongamento até ruptura)
Úmido
9,5
30
35
Padrão ( T = 21,1°C e UR = 65 % ).
3 - 7
20
25
* A umidade "Regain" é expressada como a percentagem do peso livre de água a uma U R = 65%. Informações adicionais sobre o tema discutido nesta seção podem ser encontradas em Lima e Mata (1995) e nas demais referências citadas.
2.3.2 Aspectos tecnológicos da secagem de casulos do bicho-da-seda
2.3.2
.1 O processo de secagem
Secagem é a operação de remoção de parte da água ou qualquer outro líquido de um
corpo, através de processos mecânicos ou térmicos. A secagem torna-se indispensável no
correto armazenamento e/ou processamento de produtos biológicos. Durante o processo, os
produtos biológicos sofrem alterações em suas características físicas e químicas; dependendo
da temperatura, os produtos biológicos podem ser afetados em suas estruturas, assim como as
sementes podem perder o poder germinativo, ou até mesmo a perda total dos produtos.
Pesquisadores de todo o mundo tem trabalhado analisando os processos de secagem.
Alguns consideram as condições externas, tais como temperatura do ar, velocidade e umidade
relativa, correlacionadas à taxa de secagem dos produtos, enquanto outros dão ênfase as
condições internas dos mesmos, levando em consideração o movimento da água no seu
interior. O conhecimento desses mecanismos internos no transporte da água é de fundamental
importância quando se tenta descrever a migração da água na massa de um produto.
A seguir são listadas várias teorias que tentam descrever o transporte de água e calor
em meios porosos.
• Teoria da difusão líquida;
• Teoria da vaporização-condensação;
• Teoria capilar;
• Teoria de Kricher;
• Teoria de Luikov;
• Teoria de Philip e De Vrie;
• Teoria de Berger e Pei;
• Teoria de Fortes e Okos
Discussão com riqueza de detalhes sobre as teorias de secagem pode ser encontradas em
Ibrahim et al. (1997), Fortes e Okos (1980), Alvarenga et al. (1980), Mariz (1986), Keey
(1992), Lima (1995).
A migração de água no interior de produtos biológicos ainda não é bem conhecida.
Alguns pesquisadores afirmam que nesse fenômeno a migração da água pode ser uma
combinação de movimentos por difusão de líquidos e de vapor, cada um predominando em
determinadas etapas da secagem (Steffe e Singh, 1980). A seguir são citados alguns
mecanismos de transporte de água, fornecidos pela literatura (Fortes e Okos, 1980; Hall,
1980; Strumillo e Kudra, 1986; Brooker et al., 1992; Lima, 1995).
• transporte por difusão líquida: ocorre devido a gradientes de concentração de água;
• transporte por difusão de vapor: ocorre devido a gradientes de concentração de água e
pressão parcial do vapor (causado por gradientes de temperatura);
• transporte por efusão (escoamento Knudsen): ocorre quando o diâmetro médio dos
poros por onde o vapor migra tem tamanho equivalente ao das moléculas que compõem o
vapor. É importante para condições de alto vácuo, como por exemplo, secagem do produto
congelado, por sublimação, em "freeze-drying".
• transporte de vapor por termo-fusão: ocorre devido a gradientes de temperatura;
• transporte de líquido por forças capilares: ocorre devido a fenômenos de
capilaridade;
• transporte de líquido por pressão osmótica: ocorre devido a força osmótica;
• transporte de líquido por gravidade: ocorre devido a ação de forças gravitacionais
• transporte de líquido e de vapor: ocorre, devido à diferença de pressão total, causada
pela pressão externa, contração, alta temperatura e capilaridade.
2.3.2.2 A secagem de casulos
O casulo verde produzido pelo bicho-da-seda, é composto de uma casca exterior onde
existe a seda bruta propriamente dita e no interior a crisálida, que ao final de algum tempo se
transforma em mariposa, a qual emite uma saliva que rompe o casulo, escapando pela
abertura produzida.
A casca é composta de 17 ~ 24% em massa e a crisálida de 76 ~ 83%, sendo que nos
casulos verdes, o teor de água inicial na casca é de cerca de 11 à 14% (b.u.) e para a crisálida
este teor varia entre 74 à 78% (b.u.), mais o teor de água desejado ao final do processo é de
10 a 12% (b.s.) (Shiruo, 1986). Sendo assim, a secagem de casulos, tem por objetivos:
• Interromper o processo da metamorfose da crisálida, matando-a. Desta forma
evita-se a sua saída dos casulos, como mariposa, o que provoca a perda do casulo pelo
rompimento do fio, o que impossibilita o processamento visando a produção de
linha, servindo apenas para a produção de materiais semelhantes ao algodão.
• Eliminar a umidade excessiva dos mesmos.
A secagem dos casulos do bicho-da-seda, devido ao seu alto teor de água, (68 à 70%
em base úmida
4) (Bansal e Garg, 1987), o baixo ciclo de vida da crisálida (10 à 12 dias, a
partir do início de encasulamento e 4 a 5 dias após a colheita do casulo) (Hanada e Watanabe,
1986) passa a ter relevante importância, na medida em que esses precisam ser armazenados,
de forma a minimizar a sua deterioração, evitar o seu rompimento, com posterior inutilização,
pela metamorfose da crisálida em mariposa, através da morte da primeira.
Contudo, vale ressaltar que a secagem defeituosa de casulos, provoca dificuldades em se
manufaturar os mesmos, detectadas através dos exames de pré-estocagem, que visam
principalmente a análise do lote quanto à qualidade de fio e fiabilidade. Essa secagem
artificial é realizada atualmente no Brasil, em secadores de fluxos cruzados, com processo de
secagem contínua ou intermitente. No entanto, dependendo da produção, a secagem em leito
fixo e em camada fina, também são realizadas. O alto preço da seda natural, bem como sua
elevada aceitabilidade no mercado nacional e internacional, tem relevante importância na
medida em que, para fins de comercialização, seja armazenada em local bem seco (baixa
umidade), de forma a evitar tanto a sua deterioração, como também a produção de fungos e
ação de outros microorganismos, que contribuem significativamente para sua decomposição
com conseqüente perda. Posteriormente será utilizada como matéria-prima nas fábricas de
fiar seda, para produção contínua de outros produtos de alto valor comercial.
O comportamento dos casulos verdes, durante o processo de secagem tem sido estudado
por Shiruo (1986), Shi-ruo et al.(1992), Lima (1995), Lima e Mata (1996) e Thangavel et al.
4 Define-se tradicionalmente, teor de água em base úmida.0xu.), como sendo a massa de água por unidade de
massa total, e teor de água em base seca.(b.s.), a relação massa de água por unidade de matéria seca.
